中小跨径桥梁的L形盖梁空间受力分析.doc

中小跨径桥梁的L形盖梁空间受力分析 　　摘要：假定在荷载和配筋率不变的情况下通过改变L形盖梁高出部分和下部公用部分的高度比值（设为a/b）再对L盖梁进行分析，分别求出了L形盖梁在y（高度方向）向上的平均位移、跨中和墩顶盖梁横截面上沿y方向上的应力变化。然后综合分析了L形盖梁在不同比值的情况下上述五种力学性能的变化规律，并对L形盖梁高出部分参与受力的大小进行对比分析。 　　关键词：L形盖梁 有限元 深梁 　　受地形和地质水文的影响，桥梁设计在布孔时经常采用不等跨径布置（相邻两跨梁高常不同），这就造成L形盖梁成了不可避免的设计构件。设计工程师在设计L形盖梁时常无相应规范条文或技术研究资料可依，设计具有很大的随意性，对这一问题的深入研究对工程设计具有实际应用价值。 　　1.桥梁墩台盖梁的理论计算方法 　　根据近年来对国内外桥梁的观察研究中发现，盖梁的跨高比l/h绝大多数在3-5之间，达不到深梁的范围，所以工程上把跨高比2.0l/h5.0的简支梁与2.5l/h5.0的连续梁称为短梁。深梁与短梁都属于深受弯构件的范畴，根据近20年来国内外的实验研究表明，当梁的跨高比l/h5.0时，梁的截面应变不再符合平截面假定，即混凝土的应变沿高度变化不再是线性的。所以在水工部门（见《水工混凝土结构设计规范》（DL/T5057-1996））和建筑部门中将l/h5.0的梁统称为深受弯构件（包括深梁和短梁）[1]。深受弯构件的计算方法与一般的受弯构件的计算方法不同，对于深梁的构造要求尚有特殊要求；对于深受弯构件中未进入深梁范围的短梁，其计算方法应按深受弯构件计算，但是其构造可以按一般梁的构造要求确定[2]。 　　根据弹性力学的基本原理我们可以知道，深梁与一般受弯构件相比属于平面问题，即平面应力或平面应变问题，梁的截面应变不再符合平截面假定，在弹性受力阶段，其截面应变就呈现出了曲线分布的形式，甚至在支座截面处还会出现两个中和轴的现象[3]。 　　2.L形盖梁的空间结构受力分析 　　在建立模型的过程中，为了建模和划分单元网格的方便，去掉了挡块的建模，并且忽略了盖梁纵坡的影响，模型尺寸采用国际单位制。盖梁模型的x，y，z坐标轴原点及方向见图2.1所示，在a/b=0.4时的L形盖梁的有限元模型见图2.2，盖梁跨中和墩顶的应力图见图2.3。 　　图2.1 L型盖梁模型坐标系 图2.2L型盖梁的有限元模型图 　　图2.3 a/b=0.4时的盖梁跨中和墩顶的应力图 　　在受力及其他基本状况不变的情况下采用不同的a/b比值分别计算并对结果进行分析。 　　单元在y方向上平均位移对比分析；不同确比值下的y方向上的平均位移见表4.23所示 　　表2.1不同a/b比值下的y方向上的平均位移值 　　注：表中位移值y的单位为mm。 　　从表2.1可以看出，y方向上的平均位移绝对值在确 1.2时是随着确的增大而增大的，且基本呈线性关系变化。 　　墩顶和跨中盖梁横截面y方向应力对比分析；L形盖梁截面沿y方向的应力变化时选取了盖梁跨中和墩顶两个截面分析研究，不同确比值下的L形盖梁的混凝土单元在跨中和墩顶处横截面沿y方向的平均应力变化情况见表2.2所示。 　　表2.2单元在盖梁跨中和墩顶处横截面沿y方向的平均应力 　　注：表中应力的单位为MPa。 　　从表2.2可以看出，墩顶盖梁横截面y方向上的最大拉应力在确值变化的过程中比较稳定，有缓慢递增的趋势；而其最大压应力有随着确值的增加而增大的趋势，而且最大压应力都出现在墩和盖梁交界处的应力集中部位；从不同确值下的墩顶横截面y方向的应力图还可以看出，25m跨径侧盖梁顶部和40m跨径侧盖梁顶部和侧部都有拉应力存在。跨中盖梁横截面y方向上的最大拉应力在确0.6以上时，突然骤增到0.40MPa以上，最大达到0.86MPa，且此时的最大拉应力处于高低盖梁交界处的应力集中部位处，整个横截面上y方向上应力分布非线性比较明显。 　　3.结论与建议 　　L形盖梁跨中横截面沿高度方向的最大压应力和盖梁在墩顶横截面的最大拉应力和最大压应力随确值的变化不大；但在跨中截面的最大拉应力在留b0.6时却骤然增加，此时在高低盖梁的交界转角处出现应力集中，且最大拉应力也出现在该位置，所以建议在设计确 0.6的L形盖梁时，在高低盖梁的交界转角处专门设置竖向钢筋或者延长高盖梁中靠近低盖梁侧的竖向钢筋来抵抗此位置的应力集中。 　　参考文献： 　　[1]JTGD62一2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范【S】.北京：人民交通 　　出版社，2004 　　[2]袁伦一用深受弯构件设计方法设计墩台盖梁【J】.公路，2001，（6）；25-28 　　[3]叶见曙.结构设计原理【M】.北京：人民交通出版社，2005：216-221 4